文档介绍：2017年11月11日
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第七章
复杂适应系统理论
及其应用
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plex Adaptive System,简称CAS)理论提出认识、理解、控制和管理复杂系统的新思路。包括微观和宏观两个方面:
微观上,最基本概念—主体(adaptive agent):具有适应能力、主动的个体。
宏观上主体组成的系统表现出分化、涌现等复杂的演化过程。
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CAS理论提出时间不长,但其概念和方法都得到不同程度的应用和验证,推动人们对复杂系统的行为规律进行深入研究。
CAS理论基本观点和概念
个体适应和学习
从个体到全局—回声模型
CAS理论的实现—SWARM功能和应用
CAS理论的应用
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一、CAS理论的基本观点和概念
CAS理论是霍兰于1994年圣菲研究所10周年时正式提出。
圣菲研究所是独立的非赢利机构,依靠申请各种基金来支持跨学科的研究,其创始人考恩提出冲破学科界限,研究共同关心的“人类究竟应如何认识和处理复杂性”这个难题。第一次研讨会于1984年新墨西哥州首府圣菲市举行,为圣菲研究所的由来。
1、CAS理论的产生
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以复杂性为研究的中心议题吸引了大批各领域的科学家,年龄、专业、地位不是障碍。1990年代,具有重要意义的事件:
(1)1994年开始举办乌拉姆讲座,每年一次,展示复杂性研究的最新成果;
(2)复杂系统建立模型而设计的软件平台SWARM的建立;
(3)重视系统科学思考的扩散和普及,每年夏季举办系统科学培训班,对象为研究所以至本科生;
(4)出版专著和杂志《复杂性》。
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CAS理论研究的重要方面是复杂性的产生机制研究。其核心思想是适应性造就复杂性,但CAS理论不排除复杂性产生的其他机制和渠道。
CAS理论的基本思想:系统是由主体构成的。主体在持续不断的交互作用中,不断地学习或积累经验,从而改变自身的结构和行为方式。整体演化或进化,包括新层次的产生,分化和多样性的出现,新的更大的主体出现等,都是在这个基础上逐步派生出来的。
2、 CAS理论的核心思想
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按照传统看法,复杂性主要来自系统的外部。认为任何事物发展遵循:从不对称到对称,从有结构到无结构,从有差别到无差别,从复杂到简单。还原观使人们对片面看法视而不见。
现代系统科学打破了这种形而上学的看法,从系统内部寻找系统性的来源。但最初认为系统构成个体是被动的、静止的,难以有效地应用到生物、生态、经济和社会系统。
CAS理论在这方面有重大突破,把系统的成员看成具有自身目的与主动性的、积极的“活的”主体。这种主动性以及它与环境的相互作用是系统发展和进化的基本动因。
个体与环境之间这种主动的、反复的交换作用就是“适应性”。
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CAS强调主体的主动性,具有自己的目标、内部结构和生存动力。
CAS有7个基本概念,其中4个反映主体的特性,3个反映主体与环境交流的机制。
(1)聚集(aggregation):用于个体通过“粘着”形成较大的多主体的聚集体。系统演化过程中,较小的、较低层次的个体通过某种特定的方式结合起来,形成较大的、较高层次个体,往往是宏观性态发生变化的转折点。
3、 CAS理论的基本概念
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聚集现象在许多系统中存在。生物界的共生现象,高等生物体内存在的许多独立的低等生物,如人体细胞中的线粒体。一方面,它们是完整意义下的、独立自主的生物;另一方面,在长期演化过程中,它们必须也只能在人体内这种环境中生存。个人与社会,雇员与企业等反映了不同层次的主体之间有效地协调和共生。聚集不是简单的合并,也不是消灭个体的合并,而是新的类型的、更高层次上的个体的出现。
(2)非线性(nonlinearity):个体以及它们的属性在发生变化时,并非遵从简单的线性关系。 CAS 认为个体之间相互影响不是简单、被动、单向的因果关系,而是主动的适应关系,非线性产生归之于内因。
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(3)流(flow):个体与环境,个体之间存在着物质流、能量流和信息流。越复杂的系统,各种交换越频繁、越错综复杂。
(4)多样性(diversity):在适应过程中,个体之间的差别会发展与扩大,最终形成分化和多样性。生物多样性,文化多样性。
(5)标识(tagging):为了互相识别和选择,个体的识别在个体与环境的相互作用中非常重要。标识的作用主要在于实现信息的交流, CAS强调流和标识就是把信息因素引入系统研究。
(6)内部模型(internal models):每个个体都是有